Почему анодирование является основным методом обработки поверхности для солнечных рам

Введение

В фотоэлектрическом модуле алюминиевая рама выполняет функцию ключевого уплотнительного и конструкционного материала. Ее доля в стоимости уступает только солнечным элементам, обычно составляя от 8,5% до 13%, что делает ее одной из основных частей, обеспечивающих надежную работу модуля на открытом воздухе в течение 25 лет и более.

Существует несколько способов обработки поверхности алюминиевой рамы, включая анодирование, электрофоретическую окраску и порошковое покрытие (PVDF). Но анодирование (особенно серебристо-белое и черное) стало абсолютно основным выбором. Это не случайно. Это связано с тем, что анодирование может систематически и всесторонне удовлетворять строгим требованиям к производительности, которые фотоэлектрический модуль предъявляет к своей раме. Основные причины можно сгруппировать в следующие пункты.

Создание превосходного коррозионного барьера для суровых условий эксплуатации

Фотоэлектрические модули должны служить долгое время в различных климатических условиях по всему миру: от сухих пустынь и влажных тропических лесов до сильно коррозионных прибрежных, морских и промышленных зон. Эти различные условия предъявляют жесткие требования к атмосферостойкости рамы. Алюминиевая рама должна выдерживать УФ-излучение, суточные перепады температур, воздействие кислот, щелочей, соляного тумана и абразивный износ песком. Алюминий образует естественный оксидный слой на воздухе, но он тонкий (около 0,1 мкм), неравномерный и пористый. В таких условиях этот естественный слой защищает примерно как лист бумаги.

Анодирование использует электрохимический метод для выращивания плотной, твердой и прочно связанной керамической пленки оксида алюминия (Al₂O₃) непосредственно на поверхности алюминиевого сплава. Этот искусственно усиленный слой является основой коррозионной стойкости рамы.

Стандартная толщина анодного оксидного покрытия для алюминиевых рам PV составляет от 10 до 25 мкм. Этот диапазон установлен с учетом нескольких факторов: достаточная толщина пленки эффективно изолирует алюминиевую подложку от внешней среды, блокируя влагу, соляной туман и кислотные дожди, предотвращая коррозию рамы, что продлевает срок службы модуля в суровых погодных условиях.

Если пленка слишком тонкая (например, менее 10 мкм), защита рамы может быть недостаточной, что приведет к локальному разрушению оксидной пленки и возникновению питтинга или трещин, влияющих на общую структурную прочность. С другой стороны, если пленка слишком толстая (более 25 мкм), защита улучшается, но растет стоимость производства, а чрезмерно толстый слой становится более хрупким, что делает его более склонным к растрескиванию при ударах во время установки или транспортировки, что фактически снижает надежность.

Согласно стандарту T/CPIA 0117-2025, анодные пленки классифицируются по толщине (например, AA10, AA15, AA20) для соответствия различным коррозионным средам. Например, класс AA15 рекомендуется для более агрессивных сред, таких как промышленные парки и химические заводы, в то время как AA20 предназначен для очень агрессивных сред, таких как прибрежные зоны и шахты.

Обеспечение правильной проводимости и безопасности заземления при сохранении изоляции

Это кажущееся противоречивым, но важное свойство. Алюминий является хорошим проводником, что позволяет раме легко служить частью пути заземления модуля, отводя ток молнии или статическое электричество для обеспечения молниезащиты и непрерывности заземления для безопасности системы.

Однако сама анодная пленка является отличным электрическим изолятором. Этот изолирующий слой сначала защищает корпус рамы, предотвращая его превращение в анод электролитической коррозии во влажных условиях. Во-вторых, он изолирует раму от монтажных кронштейнов и других металлических частей (особенно металлов с разными потенциалами, таких как стальные болты), значительно ослабляя гальваническую коррозию, которую может вызвать контакт разнородных металлов. Примеры отказов в морских PV показывают, что алюминиевые рамы и стальные болты подвергаются серьезной электрохимической коррозии в соляном тумане, и более толстая анодная пленка (в сочетании с изолированными болтами) является одним из ключевых процессов, решающих эту проблему.

PS: Заземление PV модуля действительно важно. Как человек, который обрабатывал жалобу клиента, где удар молнии выжег диод в распределительной коробке, когда я прибыл на место, я обнаружил, что установщик не принял никаких мер заземления на модуле (не использовал отверстия заземления рамы, шайбы с прорезями или винты с прорезями).

Повышение механических характеристик и износостойкости для защиты целостности конструкции

Рама должна выдерживать такие нагрузки, как ветровое давление, снеговая нагрузка и механические воздействия, которым модуль подвергается при транспортировке, установке и эксплуатации.

Высокая твердость и износостойкость: анодная пленка обладает очень высокой твердостью (обычно выше HV300), что значительно превышает твердость алюминиевой подложки. Это повышает устойчивость поверхности рамы к царапинам и износу, лучше защищая ее при установке и обслуживании, а также снижая точки начала коррозии и потерю внешнего вида из-за повреждений поверхности.

Сильная адгезия: анодная пленка образуется непосредственно из алюминиевой основы в результате химической реакции и соединяется с подложкой как единое целое, без риска отслаивания или шелушения, характерного для напыляемых покрытий. Эта очень прочная адгезия обеспечивает долговременную защиту, и даже после длительных циклов теплового расширения и сжатия пленка не отслаивается.

Поддержка долговечной конструкции: сам алюминиевый сплав может служить от 30 до 50 лет. Анодирование дополнительно защищает целостность конструкции и стабильность прочности на протяжении всего жизненного цикла фотоэлектрического модуля (обычно 25 лет и более). Для сравнения, рамы из других материалов, например стальные, легко ржавеют в местах заземления и других точках, что затрудняет гарантию 25-летнего срока службы, в то время как долгосрочная надежность рам из композитных материалов еще проверяется.

Зрелый процесс и полная система стандартов, обеспечивающие качество и поставки

Анодирование является чрезвычайно зрелой и стандартной обработкой поверхности в алюминиевой промышленности, с полной цепочкой поставок, высокой эффективностью обработки и относительно контролируемой стоимостью. Многочисленные брокерские отчеты отмечают, что процесс производства алюминиевых рам (плавка и литье - экструзия - оксидирование - глубокая обработка) очень зрелый, что является основой для его проникновения на рынок фотоэлектрических систем более чем на 95%.

Алюминиевые рамы обеспечивают зрелую стандартизацию и контролируемое качество. От национальных стандартов (например, GB/T 5237.2) до групповых стандартов фотоэлектрической ассоциации (T/CPIA 0117) существуют четкие и проверяемые показатели толщины, твердости, качества герметизации и стойкости к солевому туману анодной пленки. Это дает прочную основу для контроля качества и обеспечивает согласованность и надежность продукции.

На этапе обрамления рама соединяется и герметизируется со стеклом и задней панелью с помощью герметика. Анодированная поверхность имеет определенную микропористую структуру, которая обеспечивает хорошую адгезию с герметиком, гарантируя надежную герметизацию модуля.

В конечном итоге, выбор анодирования для алюминиевой рамы фотоэлектрических модулей является «оптимальным решением», подтвержденным многолетней практикой в отрасли.

Мнение Ooitech

Ooitech считает: анодирование стало основным методом обработки поверхности алюминиевых рам для фотоэлектрических модулей, поскольку оно одновременно удовлетворяет требованиям коррозионной стойкости, безопасности заземления, механической прочности и стандартизированного контроля качества в течение срока службы модуля, превышающего 25 лет.